Transcript Slide 1
1
آشنايی با تسليحات غير کشنده
و علمناه صنعه لبوس لكم لتحصنكم من باسكم فهل انتم
شاكرون
( سوره مبارکه انبيا آيه ) 80
و ما به او(حضرت داود عليه السالم ) ساخت زره را تعليم
نموديم تا شما را از آسيب جنگ در امان بدارد ،پس آيا از
شكر گزارانيد؟
3
فهرست مطالب
EMP
معرفی منابع تاثیرات راه های محافظت------------------------------------بمب های گرافیتی
معرفی تاثیرات -راه های محافظت
معرفی منابع EMP
، EMPتابش ناگهاني موج الکترمغناطيس ي در زمان بسيار کوتاه است که طيف بزرگ
فرکانس ي را با دامنه زياد مي پوشاند.
طرز عمل اين پالس شبيه يک صاعقه است اما به مراتب موثر تر و سريعتر
5
الف :انفجارات هسته اي:
تقسيم بندي عملکردي
پالس هاي ناش ي از انفجارات هسته اي که از نوع باند پايه مي باشند .در صورت انفجار در ارتفاعات
باالتر از جو زمين ،گستره تخريب بسيار وسيعی در حدود چند صد کيلومتر دارند.
ب :بمب هاي الکترومغناطيس ي انفجاري:
در نوع انفجاري و يا اصطالحا يکبار مصرف ،دو نوع پالس در باند پايه و مايکرويو بر حسب تنوع سيستم
ها وجود دارد که در هر صورت سيستم تنها يک پالس از خود صادر
مي کند .بکار گيري اين نوع سالح عمدتا بصورت بمب و راکت و يا پرتابه اي مي باشد.
پ :توپ هاي الکترو مغناطيس ي با تغذيه الکتريکي:
توپ الکترومغناطيس ي بعنوان يک سالح چند بار مصرف است که پالس خروجي در اين سيستم مي تواند
از هر دو نوع باند پايه و مايکرويو باشد ( فرکانس هاي مايکرويو اين سالح از حدود 1 GHZتا حدود
15 GHZگزارش شده است ) .
6
بمب الکترو مغناطيس ي اخال گر الکترونيکي:
امواج قدرتي منتشر شده با نفوذ به قسمت هاي مختلف سيستم مانند آنتن ها ،محفظه ها و سيستم ها و کابل
ها و مدارات چاپي و نيمه هادي ها مي توانند باعث تخريب قطعات و اختالل در سيستم هاي الکترونيکي شوند
.
در جنگ خليج فارس ،از بمب هاي الکترمغناطيس EMPبا توان حدود 16مگاوات بر عليه تجهيزات الکترونيکي
عراق استفاده شده است.
اياالت متحده در سال 1999از تاسيسات استراتژيک يوگسالوي به عنوان يک ميدان آزمايش براي سالح هاي
الکترومغناطيس ي تهاجمي استفاده نمود .در نقطه مقابل ،روس ها نيز از بمب هاي الکترو مغناطيس ي بر عليه
ابررايانه هاي آمريکا استفاده کردند.
7
8
ویژگی ها:
هر کشوري حتي با تکنولوژي در سطح دهه ،1940قادر به ساختن اين نوع بمب ها مي باشد.
استفاده آنها در سطح کشور ها و حتي توسط تبهکاران با صرف مبلغ حدود 400دالر يک مدل پايه از آن را مي
توان ساخت.
با سرعت نور حرکت مي کنند
سه اثر حرارتي و بيولوژيکي و الکتريکي
عموما به وضيعت آب و هوايي حساس نيستند
دستگاه هاي الکترونيکي حتي هنگامي که خاموش هستند نيز ممکن است در برابر اين سالح ها آسيب پذير
باشند.
با کوچک شدن اندازه دستگاه هاي الکترونيکي و فشرده تر شدن آنها ،حساسيت شان نسبت به HPM
زيادترمي شود.
بنابر اين سيستم هاي الکترونيکي پيشرفته ،آسيب پذيرترين دستگاه ها هستند.
احتمال زياد اصابت به هدف در مقايسه با سالح هاي معمولي ( نيازي به هدف گيري دقيق نيست ).
امکان حمله هم زمان به چند هدف
10
هسته اصلي بمب هاي الکترومغناطيس ي :
-
مولد هاي شارژ فشرده ( ) FCG
-
مولد هاي هيدروديناميکي مغناطيس ي () MHD
-
منابع مايکرويو توان باال () HPM
مولد هاي : FCG
ايده اصلي ساخت ، FCGاستفاده از يک انفجار سريع براي فشرده سازي لحظه اي يک ميدان مغناطيس ي همراه
با انتقال انرژي زياد از انفجار به ميدان مغناطيس ي مي باشد.
،FCGکامل ترين تکنولوژي قابل استفاده در طراحي بمب هاي الکترومغناطيس ي مي باشد.
11
12
سالح هاي HPMکه به آنها سالح هاي RFو سالح هاي با پهناي طيف فوق
العاده زياد نيز گفته مي شود ،اغلب شامل يک منبع تغذيه اوليه انفجاري يا
الکتريکي ،يک مولد RFو يک آنتن مي باشند.
محدوده فرکانس ي اين سالح ها 10مگاهرتز تا 100گيگا هرتز است و با تابش باند
باريک و باند پهن چندين فرکانس هم زمان ايجاد کرده و سطح تواني در حدود
100مگاوات تا 100گيگا وات دارند .
13
14
اثر بر قطعات الكتريكي و الكترونيكي
آسيب هاي مقاومتي ناش ي از جريان هاي پالس ي سطح باال به وسيله فشار بيش از حد
حرارتي القاء شده توسط انرژي و شکست ولتاژ ايجاد مي شود.
آستانه آسيب براي خازن هاي الکتروليتي در جهت مثبت آنها 3الي 10برابر نرخ ولتاژ DCآنها مي باشد.
ترانسفورماتور ها در اثر داغ شدن يا ذوب عايق اطراف سيم ،آسيب مي بينند.
سوئيچ ها و رله ها نيز در اثر جرقه زني بين شکاف ها معيوب مي شوند.
در بررسي میزان نفوذپذیري محفظه ها ،پدیده تشدید بسیار حائز اهمیت است .فرکانس هاي تشدید،
فرکانس هایي هستند که در آنها میزان نفوذ به محفظه ها به بیشترین مقدار ممکن مي رسد.
خطوط نواري و مدار هاي چاپي به عنوان یکي از مهمترین بخش هاي یک سیستم الکتریکی ،لزوم
حفاظت از آنها در برابر امواج الکترومغناطیسي خارجي از مهمترین گام هاي طراحي مي باشد.
15
قطعات ديجيتالي پيشرفته که در ساخت آنها از تکنو لوژي هایی مانند CMOSاستفاده مي
شود،
اگر در معرض تابش مستقيم HPMقرار بگيرند ،بسيار حساس و آسيب پذيرند.
توان مايکروويوي مورد نياز براي ايجاد آشفتگي در قطعه ديجيتال بيشتر از توان مورد نياز براي ايجاد
اغتشاش در يک قطعه آنالوگ است .
کابلها از نفوذپذيرترين قسمتهاي يک سيستم در مقابل امواج الکترو مغناطيس ي مي باشند.
در يک دسته بندي کالن کابل ها به چهار دسته تک سيم و زوج سيم و چند رشته اي و کابل
شيلد و کواکسيال تقسيم مي شوند.
تقسيم بندي از جنبه ديگر :تغذيه اي و اطالعاتي.
عمدتا ميزان نفوذ در هاديها در فرکانس هاي پايين ،بيشتر است.
در فركانس هاي باال سيم هاي كوتاه هم مانند يك آنتن گيرنده خوب عمل مي كنند.
16
اقدامات موثر در کاهش اثرات HPMدر سيستمهاي الکترونيکي:
)1حفاظ سازي زير سيستم ها ،کابل ها و سيم ها.
)2فيلترينگ مناسب در کابل هاي اطالعاتي و تغذيه.
)3ارتباط دادن زير سيستم ها بوسيله کابل هاي فيبر نوري.
)4استفاده از محدود كننده هاي ولتاژ و جريان زياد
)5جايگزين کردن قطعات حساس مثل تراشه هاي منطقي MOSبا معادلهاي مقاوم شده
آنها.
)6کم کردن Duty cycleفرستنده ها و گيرنده هاي حساس.
)7بهينه سازي و اصالح کردن مدارهاي بزرگ و کم کردن تعداد عناصر آنها.
)8استفاده ازسيستم هاي تطبيق و محافظ براي ورودي تغذيه برق سيستم .
)9باندينگ مناسب در محل اتصاالت (کانکتورها )...
17
استفاده تور هاي فلزي seدر حدود 20dbافزايش مي يابد.
محفظه ها امواج مخرب فرکانس باال را تا حد زيادي حذف مي کنند اما در فرکانس هاي
پايين اين عمل به سادگي قابل انجام نمي باشد و براي حذف اين امواج مي توان روش هاي
برش و لتاژ ،انحراف سيگنال به زمين،انتخاب محل بهينه روزنه ها در حد امکان و همچنين از مواد مغناطيس ي براي تغيير
نحوه توزيع ميدان داخل محفظه و ...استفاده کرد .
استفاده از خم هاي ربع دايره بجاي خم قائم و پوشش عايقي جهت حفاظت خطوط نواري و مدار هاي چاپي
قرار دادن کل تجهيزات در داخل يک محفظه ،که به قفس فارادي معروف مي باشد.
در تکنولوژي مدرن براي انتقال اطالعات به داخل و خارج محفظه از فيبرهاي نوري استفاده می کنند.
18
19
20
اصول اساس ي در مقابله :
انواع ادوات محدود کننده جريان يا ولتاژ
اصل جداسازي زيرسيستم ها )(Segregation
اصل زمين کردن )(Grounding
کانکتورهاي متوقف کننده ولتاژها و جريانهاي بزرگ گذرا
اصل پوشش )(Shielding
طراحي اتاق هاي پوشش مناسب براي کاربردهاي مختلف
استفاده توأم از فيلترينگ و پوشش
استفاده از درزگيرها )(Gasket
طراحي مناسب بردهاي مدار چاپي براساس اصول EMC
پوشش براي کابلها
متوقف کردن ولتاژها و جريانهاي بزرگ گذرا
فيلترهاي EMC
21
زمین کردن) (Groundingدر سيستمها با دو هدف صورت ميپذيرد:
يکي تضمين امنيت پرسنل حفاظت از سيستمها و دستگاههاي مختلفزمین کردن براي امنیت پرسنل بیشتر در مقابله با صاعقه و نقصهاي سیستم توان
ميباشد که حتي گاهي باعث جاري شدن جریانهاي دهها کیلوآمپري به زمین ميشوند.
22
طراحي اتاق هاي پوشش:
.1درهاي ورود و خروج
.2نصب هواکش با موج بر و جداساز
.3موج بر براي ورود و خروج هوا
.4ورود خروج هوا با جدا ساز
.5سيستم ورود و خروج براي مايعات (لوله هادي با عايق)
.6سيستم ورود و خروج براي مايعات (لوله غيرهادي)
.7ورودي سيگنال ،سيستم ورود و خروج براي کابل داراي پوشش و سيستم ورود و خروج
براي کابل ها غير هادي
23
درهاي ورود و خروج:
شرايطي که يک در اتاق پوشش ،بايد برآورده سازد:
از آلياژ مناسب ساخته شده باشد
با ديوارههاي اتاق اتصال مناسب داشته باشد
از درزگيرهای مناسب استفاده شده باشد
در برابر نفوذ هواي آلوده و گازهاي سمي مقاوم باشد
عايق صوتي باشد
قابليت تحمل فشار بسيار باال را داشته باشد
در مقابل آتش مقاومت باشد
شمايي از يک در تک لنگهاي
عايق حرارتي باشد
انواع درهاي اتاق پوشش:
(1درهاي يک لنگهاي
(2درهاي دو لنگهاي
(3درهاي کشويي
24
مناسبترين نوع هواکشها ،هواکش هاي موج بري مي باشند.
ابعاد سطح مقطعي چنين موج بري کوچک است،
لذا فرکانس قطع هر کدام از اين موج برها
نمونهاي از هواکش براي اتاق پوشش :
بسيار باالست و امواج
ً
EMPدر آن فرکانس ها احتماال دامنه
کوچکي دارند.
25
سيستم ورود لولهها و کابلهاي پوشش دار :
براي اين منظور از ادواتي با نام بوشينگ استفاده ميشود.
بوشينگ براي لوله آب :
بوشينگ براي
کابلهاي پوششدار :
26
سيستم ورود کابلهاي غيرهادي:
کابلهاي غيرهادي نظير فيبرهاي نوري اگرچه خود
کمتر حامل امواج EMPميشوند و آنها را با خود
داخل پوشش نميبرند ،ليکن چنانچه با مکانيزم
درستي وارد اتاق نشوند ،از فواصل ايجاد شده
در ديواره اتاق پوشش ،اين امواج وارد اتاق ميشوند.
این وسيله تعدادي سوراخ روي خود دارد که به ابعاد استاندارد خطوط غيرهادي نظير فيبرهاي نوري در آن
ً
تعبيه شدهاند ،تعداد سوراخ ها معموال بيش از حد نياز ميباشد ،براي مسدود کردن سوراخ هاي اضافي از
پيچهاي ويژه اين سوراخها استفاده ميشود.
27
استفاده از درزگيرها ):(Gasket
28
پوشش براي کابلها:
از آنجا که امواج حاصل از يک حمله EMPدر مجاورت محل وقوع حمله بسيار پرتوان
ميباشند ،به راحتي ميتوانند از پوشش روي کابل عبور کرده ،سيگنال عبوري از آن را تحت
تأثير قرار داده و همراه با آن وارد سيستم شوند ،براي جلوگيري از اين پيشامدها با استفاده از
پوششهاي اضافي ،از کابل در برابر EMPحفاظت ميشود.
پوششهاي زيپي
براي تقويت پوشش
کابلها
29
انواع ادوات محدودکننده جريان يا ولتاژ:
-1محدود کنندههاي ولتاژ (موازي با سيستم حفاظت شده) :
المپهاي تخليه گازي (ظرفيت انتقال جريان بسيار باال ،ولتاژهاي برش بزرگ و سرعت پايين)
محدود کنندههاي پالسما (ظرفيت انتقال جريان باال ،ولتاژهاي برش متوسط و سرعت
متوسط)
ادوات سراميکي (وريستورهاي اکسيد فلزي)(سرعت بسيار باال ،ظرفيت انتقال جريان باال)
ادوات حالت جامد (ديودهاي زنرSidactor ،ها و ( )...سرعت هاي عکسالعمل بسيار باال)
-2محدود کنندههاي جريان (سري با سيستم حفاظت شده) :
فيوزهاي هوشمند يا PTCها (عکسالعمل باالتر)
فيوزهاي شيشه اي (تحمل جريان بزرگتر)
30
وريستورها به طور گستردهاي در حفاظت در برابر ولتاژهاي
گذرا استفاده شدهاند و در ساختارهاي بستهبندي شده تجاري
مختلف در دسترس هستند
ضخامت متناسب با ولتاژ است. سطح متناسب با جريان -حجم متناسب با انرژي است
محدود کنندههاي توان
31
کانکتورهاي مقاوم در برابر :EMP
امروزه استفاده از ادوات حفاظت در برابر Surgeبه قدري توسعه يافتهاند که در بعض ي
موارد ،ديگر نيازي نيست که از آنها به صورت مجزا استفاده شود ،بلکه کانکتورهايي ساخته شدهاند که
ً
از محدود کنندههاي ولتاژ و جريان در يک بستهبندي کامل سود ميبرند ،به عالوه در اين بسته بنديها معموال از
هيتسينک نيز استفاده ميشود.
کانکتوري که از مدارات متعدد موازي براي حفاظت در برابر Surgeبهره ميبرد،
هرگاه الماني در این کانکتور خراب
شود ،ميتوان با المان گسسته آن را
جایگزین کرد.
32
کانکتوري که از مدارات متعدد موازي براي
حفاظت در برابر Surgeبهره ميبرد
و فيلتر EMIسادهاي نيز دارد .در فرکانسهاي
باالي 100MHzکار ميکنند،
ميتواند به خوبي عمل فيلترينگ
و حفاظت در برابر EMPرا همزمان
انجام دهد
و قابليت مهم اين وسيله آنست که
ميتوان آنرا بالفاصله باز کرده و درصورت
خرابي ديودها انها را تعويض کرد.
33
فيلترهاي :EMI
فيلترها براي اتالف و تضعيف سيگنالهاي موجود در روي هاديها در فرکانسهاي
ناخواسته طراحي ميشوند ،در حاليکه فرکانسهاي سيگنالهاي اصلي را از خود عبور ميدهند.
انواع فيلترهاي :EMI
فيلترهاي مد مشترک (چوکهاي مد مشترک و هستههاي فريتي)
فيلترهاي خطوط توان
فيلترهاي خطوط سيگنال يا مد تفاضلي(انواع فيلترهاي ديجيتال و آنالوگ)
استفاده توأم از فیلترینگ و پوشش:
استفاده از پوشش بدون استفاده از فیلترهاي ویژه ،کامل نميشود.
براي انتقال خطوط سیگنال و توان به داخل یک محفظه پوشش ،حتما ً باید از فیلترها
استفاده کنیم.
34
ً
نکته مهم حين استفاده از فيلترها براي اتاق پوشش اينست که فيلتر حتما بايد روي
ً
ديوار خارجي اتاق پوشش نصب شده و بدنه فيلتر ،حتما بايد زمين شود.
35
استفاده از پوشش روي PCBها:
استفاده از پوشش در روي PCBها براي قطعات حساس و گاهي نيز براي تمام PCBبکار ميرود،
استفاده از پوشش در روي PCBها نيز احتياج به فيلترينگ دارد.
36
فيلترهاي خط توان
فيلترهاي مد مشترک
37
:منابع و ماخذ
: منابع فارس ي
82 مهر ماه، دانشگاه صنعتي شريف، ) سمينار جنگ الکترو نيک1
80 زمستان، ) گزينه هايي از مقاالت دکتر دانايي محمد مهدي2
:منابع انگليس ي
1- A. A. smith “coupling of external electromagnetic fields to transmission lines”
new york : wiley 1977
2- C.D. talor.R.S.satterwhile and c. w harrison the response of a terminated two –
wire transmission line exited by anon – unifrom electromagnetic feld : ieee
trans . Antennas propagate . Vol 13 pp 987-989 nov 1965 .
3- E.F. vance . Coupling to shielded cables . New york wiley interscience 1987
4- S.A. Schelkunoff electromagnetic wave . New york : van nostrand , 1945
5- High power microwave sources and technologies robert j.brker .
6- v. dwyer , a. franklhn and d. campbell , thermal failure in semiconductor devices
solid state electronics , vol 33 , no , 5 , pp , 553 – 560 , 1990 .
7- The electromagnetic bomb – a weapon of electrical mass destruction
http ://www . Cs . Monash . Au / carlo.
38
صلوات بر محمد و آل محمد
39